JP2013531798A - スナップインタイプのスリーブスプリングを備えた沸騰水型原子炉用の核燃料アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、沸騰水型原子炉のための核燃料アセンブリ（１）に関するものであって、ベース（２）と、ヘッド（３）と、全長さの燃料棒（９）および部分長さの燃料棒（１１）からなる束（４）と、を具備し、束（４）が、ベース（２）からヘッド（３）に向けて上向きにかつ長手方向に延在しており、核燃料アセンブリ（１）が、さらに、部分長さの燃料棒（１１）の下プラグ（１３）を長手方向においてベース（２）に対して保持するための少なくとも１つのクランプ（３３）を具備している。クランプ（３３）は、ベース（２）に対して取り付けられる部材とされ、クランプ（３３）は、ベース（２）内に設けられたハウジング（３０）内に少なくとも部分的に受領され、クランプ（３３）は、相補的組付手段の機械的係合によって、ベース（２）に対して組み付けられる。

Description

本発明は、沸騰水型原子炉のための核燃料アセンブリであって、ベースと、ヘッドと、全長さの燃料棒および部分長さの燃料棒からなる束と、を具備するとともに、束が、ベースからヘッドに向けて上向きにかつ長手方向に延在しており、さらに、部分長さの燃料棒の下端を長手方向においてベースに対して保持するための少なくとも１つのクランプを具備しているような、核燃料アセンブリに関するものである。

沸騰水型原子炉（以下においては、「ＢＷＲ」と表記する、boiling water reactor の略）のための核燃料アセンブリにおいては、複数の全長さの燃料棒（以下においては、「ＦＬＦＲ」と表記する、full length fuel rod の略）が、核燃料アセンブリのベースとヘッドとの間において、小さな長手方向ギャップを有して、受領される。小さな長手方向ギャップは、原子炉の動作時におけるＦＬＦＲの長手方向における膨張を可能とする。

通常、ＦＬＦＲの上端は、核燃料アセンブリのヘッドによって保持される。

ＢＷＲにおいては、複数の部分長さの燃料棒（以下においては、「ＰＬＦＲ」と表記する、partial length fuel rod の略）が、熱水圧的安定性という理由のためにおよび中性子の減速という理由のために、使用される。

ＰＬＦＲは、核燃料アセンブリのベースから上向きに延在しており、核燃料アセンブリのヘッドから離間した位置にまで延在している。通常は、ＰＬＦＲの長さは、ＦＬＦＲの長さと比較して、２５〜７５％とされる。

複数の燃料棒は、これら燃料棒の長手方向に沿って互いに離間して配置された複数のスペーサグリッドによって、長手方向と横方向との双方において、位置合わせされて保持される。スペーサグリッドは、スペーサグリッド内における燃料棒の局所的な限られたスライド移動を可能とする。これにより、放射時の燃料棒の膨張に対して適応することができる。

それでもなお、特定の動作条件下においては、複数の燃料棒からなる束に対してスペーサグリッドによって印加される長手方向の保持力は、ＰＬＦＲの大きな長手方向移動を阻止するには、不十分なものである。

したがって、原子炉の動作時における、ＰＬＦＲが持ち上がって外れること（すなわち、ＰＬＦＲのリフトオフ）を防止するために、ＰＬＦＲは、通常は、核燃料アセンブリのベースに対して取り付けられる。

特許文献１には、請求項１の序文（プレアンブルパート）に記載された核燃料アセンブリが開示されている。この核燃料アセンブリにおいては、ＰＬＦＲの下端は、ベースに対して一体化されたクランプを使用して、ベースに対して取り付けられている。

米国特許出願第２００８／０１０１５２８号

しかしながら、そのような構成は、クランプに対しての適切な許容誤差を得るために、特定の機械加工を必要とする。そのため、そのような構成が満足のいくものではあるけれども、構成を単純化すること、および、コストを低減することが、なおも要望されている。

したがって、本発明の目的は、原子炉の動作時におけるＰＬＦＲのリフトオフというリスクを低減させて低コスト化をもたらす核燃料アセンブリを提供することである。

この目的のために、本発明は、上述したような核燃料アセンブリに関するものであって、クランプが、ベースに対して取り付けられる部材とされ、クランプが、ベース内に設けられたハウジング内に少なくとも部分的に受領され、クランプが、相補的組付手段の機械的係合によって、ベースに対して組み付けられる。

特定の実施形態においては、以下の様々な特徴点のうちの１つまたは複数の特徴点を備えることができる。すなわち、
−相補的組付手段が、第１組付手段と、第２組付手段と、を備え、第１組付手段が、ベースからのクランプの上向き移動を阻止するようにしてクランプを保持し得るよう構成され、第２組付手段が、ベースからのクランプの下向き移動を阻止するようにしてクランプを保持し得るよう構成されているという特徴点と、
−クランプが、ハウジング内に嵌め込まれているという特徴点と、
−ハウジングが、ベースの上面からベースの下面までにわたって延在する貫通穴とされているという特徴点と、
−クランプが、支持手段を備え、この支持手段が、部分長さの燃料棒の下プラグの一部に対して当接し得るよう構成され、これにより、この支持手段が、部分長さの燃料棒の下プラグを、ベースの下面から離間したところに保持することができるという特徴点と、
−支持手段が、クランプの長手方向軸線まわりにおいて互いに離間して配置された複数の支持タブを有し、各支持タブが、自由端を有し、自由端が、クランプの長手方向軸線に向けて内向きに延在し、支持タブの自由端が、互いに連携して、部分長さの燃料棒の下プラグの一部を受領するための開口を形成しているという特徴点と、
−第２組付手段が、ハウジングの下側支持表面と、支持タブと、を備え、この場合、支持タブが、下側支持表面上において長手方向に支持されるという特徴点と、
−第１組付手段が、ハウジングの係止表面と、クランプの弾性組付タブと、を備え、弾性組付タブが、上向きに延在する自由端を有し、係止表面が、弾性組付タブの自由端に対して係合し得るよう構成されているという特徴点と、
−クランプが、複数の弾性保持タブを備え、複数の弾性保持タブが、クランプの長手方向軸線まわりにおいて互いに離間して配置されるとともに、部分長さの燃料棒の下プラグ上に設けられたショルダに対して係合し得るよう構成され、これにより、ベースからの部分長さの燃料棒の係合解除を防止しているという特徴点と、
−クランプが、ボディを備え、支持タブが、ボディの下エッジから内向きに延在し、保持タブおよび組付タブが、ボディの上エッジから上向きに延在しているという特徴点と、
−クランプが、支持タブと保持タブとによって、部分長さの燃料棒の下プラグに対して接触し、クランプの内表面と、部分長さの燃料棒の下プラグの周縁表面のうちの、支持タブと保持タブとの間に位置した部分と、の間には、径方向のクリアランスが存在しているという特徴点と、
−相補的組付手段が、クランプの実質的にフラットな中央ベースと、ハウジングの底面であるとともに中央ベースを支持している底面と、ハウジングの係止表面と、を備え、
係止表面が、クランプの上側自由端に対して係合し得るよう構成されているという特徴点と、
−クランプが、縮径部分を備え、縮径部分が、部分長さの燃料棒の下プラグに対して弾性的に係合し、縮径部分が、部分長さの燃料棒の下プラグ上に設けられたショルダに対して連携し得るよう構成されているという特徴点と、
−ベースが、ベースに対して組み付けられた非デブリ型のフィルタを備え、非デブリ型のフィルタが、複数の平行バーを備え、ハウジングが、バー内に設けられ、クランプが、バーまわりに取り付けられた中央部分と、ハウジング内へと延出されてハウジング内において縮径部分を形成する自由端と、を有し、組付手段が、クランプの中央部分と、バーの相補形状部分と、を備え、組付手段が、バーとクランプとの間の緊密な係合をもたらしており、縮径部分が、部分長さの燃料棒の下プラグに対して弾性的に係合し、縮径部分が、部分長さの燃料棒の下プラグ上に設けられたショルダに対して連携することができるという特徴点と、
のうちの１つまたは複数の特徴点を備えることができる。

本発明およびその利点は、添付図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭に理解されるであろう。

本発明によるＢＷＲ核燃料アセンブリを概略的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に基づき、ＢＷＲ核燃料アセンブリのベースに対してＰＬＦＲを連結するためのクランプを示す部分断面図である。 図２のクランプを概略的に示す下方から見た斜視図である。 図２のクランプを概略的に示す上方から見た斜視図である。 本発明の第２実施形態によるクランプを概略的に示す上方から見た斜視図である。 本発明の第３実施形態に基づくＰＬＦＲとＢＷＲ核燃料アセンブリのベースとの間の連結を概略的に示す部分断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくＰＬＦＲとＢＷＲ核燃料アセンブリのベースとの間の連結を概略的に示す部分断面図である。

図１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のための核燃料アセンブリ１を示している。この核燃料アセンブリ１は、鉛直方向を向いた長手方向軸線Ｌに沿って延在している。このような核燃料アセンブリ１は、原子炉のコア内に配置することを意図したものである。原子炉の動作時には、冷却材が上向きに流れる。

核燃料アセンブリ１は、従来と同様に、
−コアの底部プレート上に載置されることを意図したベース２と、
−ヘッド３と、
−複数の燃料棒からなる束４であるとともに、ベース２とヘッド３との間において長手方向に延在する束４と、
−束４の内部に配置されているとともに、ベース２とヘッド３とを連結する、ウォータチャネル５と、
−長手方向軸線Ｌに沿って互いに離間して配置されるとともに、長手方向と横方向との双方において束４を維持するための、複数のスペーサグリッド６と、
−束４およびベース２を囲んでいるとともに、ヘッド３に対して固定された、燃料チャネル７と、
を備えている。

図１においては、燃料チャネル７の一部だけが図示されている。

束４は、全長さの燃料棒（ＦＬＦＲ）９と、図１には図示されていない部分長さの燃料棒（ＰＬＦＲ）１１と、を備えている。

開示された実施形態においては、核燃料アセンブリ１は、２０個のＰＬＦＲ１１と、９２個のＰＬＦＲ９と、を備えている。しかしながら、これらの個数は、実施形態に応じて、変更することができる。

ＦＬＦＲ９とＰＬＦＲ１１との各々は、クラッドを備えている。クラッドは、複数の核燃料ペレットを収容しているとともに、上プラグと下プラグとによって閉塞されている。

ＦＬＦＲ９は、従来と同様に、ヘッド３によって、上端が保持される。例えば、ＦＬＦＲ９の上プラグに設けられたピンを受領する穴を有したグリッドによって、上端が保持される。

ＦＬＦＲ９は、ヘッド３からベース２に向けて下向きに延在しており、なおかつ、ＦＬＦＲ９の下端とベース２との間の長手方向ギャップを維持している。長手方向ギャップにより、原子炉の動作時におけるＦＬＦＲ９の長手方向膨張が可能とされている。

ＰＬＦＲ１１は、ＦＬＦＲ９よりも、長さが短い。ＰＬＦＲ１１は、ベース２から上向きに延在しているとともに、ヘッド３から離間したところにまで延在している。いくつかの実施形態においては、核燃料アセンブリ１内のＰＬＦＲ１１は、様々な長さを有することができる。

図２に示すように、各ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３は、シャンク１５を有している。シャンク１５の下端には、収束部分１８が設けられている。ショルダ２０が、シャンク１５と収束部分１８との間の接合部分のところにおいて、下プラグ１３に設けられている。シャンク１５と収束部分１８との間の接合部分のところにおいては、収束部分１８の直径は、シャンク１５の直径よりも大きなものとされている。開示された実施形態においては、シャンク１５は、円筒形とされ、収束部分１８は、実質的に円錐形とされている。

ベース２は、デブリフィルタを有している。デブリフィルタは、例えば、第１組をなす複数の平行横断バーと、第２組をなす複数の平行横断バー２７と、を有している。第２組をなす複数の平行横断バー２７は、例えば、第１組をなす複数の平行横断バーに対して垂直とされている。図面においては、デブリフィルタのバー２７だけが図示されている。

長手方向軸線Ｂを有したハウジング３０が、バー２７内に設けられている。各ハウジング３０は、クランプ３３を受領している。各クランプ３３は、相補的組付手段の機械的係合によって、ベース２に対して組み付けられている。相補的組付手段は、ベース２からのクランプ３３の上向き移動を阻止し得るよう構成された第１組付手段と、ベース２からのクランプ３３の下向き移動を阻止し得るよう構成された第２組付手段と、を備えている。第１組付手段および第２組付手段は、ベース２に対してのクランプ３３の機能的軸線方向クリアランスを可能とする。これにより、製造時に、ベース２内へのクリアランス３３の設置を可能とすることができる。

各クランプ３３は、それぞれ対応するＰＬＦＲ１１の下プラグ１３を受領し、ベース２上において、それぞれ対応するＰＬＦＲ１１を長手方向に保持することができる。これにより、ＰＬＦＲ１１がベース２から係合解除してしまうことを、防止することができる。

ハウジング３０と、ハウジング３０が受領しているそれぞれ対応するクランプ３３とは、全体的に同様の形状を有している。以下においては、図２〜図７を参照して、ただ１つのハウジング３０と、対応するクランプ３３と、対応するＰＬＦＲ１１に対してのそれらの関係と、について説明する。

図２〜図４は、第１実施形態を示している。この第１実施形態においては、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３は、クランプ３３上に設けられた支持手段によって下プラグ１３が長手方向において支持された着座位置（図２における左側）と、クランプ３３上に設けられた保持手段によって下プラグ１３が長手方向において保持された引っ張り位置（図２における右側）と、の間にわたって長手方向において自由に移動することができる。

着座位置においては、支持手段が、例えば重力の作用によって等といったような理由によりＰＬＦＲ１１がさらに下向きに移動することを防止する。

引っ張り位置においては、保持手段が、例えば冷却材の流れの作用によってといったような理由によりＰＬＦＲ１１がさらに上向きに移動することを防止する。これにより、ＰＬＦＲ１１がベース２から係合解除してしまうことを、防止する。

核燃料アセンブリ１においては、ＰＬＦＲ１１は、着座位置から引っ張り位置までは上向きに、また、引っ張り位置から着座位置までは下向きに、移動自由とされている。原子炉の通常動作時には、ＰＬＦＲ１１は、核燃料アセンブリ１を通しての冷却材の流れに基づいて、引っ張り位置とされる。

ＰＬＦＲ１１の着座位置および引っ張り位置について、第１実施形態に関する図２の左側と右側とにおいて図示されているけれども、着座位置および引っ張り位置に関して上述した特徴点は、他のすべての実施形態に対しても適用することができる。

第１実施形態においては、クランプ３３は、ハウジング３０内に嵌め込まれている。ハウジング３０は、例えば対応するバー２７の上面３６といったようなベース２の上面３６から、例えばバー２７の下面といったようなベース２の下面３９へと、延在する貫通穴とされている。貫通穴の上エッジ４２は、ハウジング３０と、ベース２の上面３６と、の交差箇所に形成されており、貫通穴の下エッジ４４は、ハウジング３０と、ベース２の下面３９と、の交差箇所に形成されている。ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３は、ベース２の下面３９よりも下側へと貫通することはない。

第１実施形態においては、ハウジング３０は、段付きの貫通穴とされている。段付きの貫通穴は、ベース２の下面３９から上向きに順に、
−例えば直径が順次的に増大するような円筒部分から構成されたような、第１ハウジング部分４５、第２ハウジング部分４６、および、第３ハウジング部分４７と、
−例えば第３ハウジング部分４７の直径よりも小さな直径を有した円筒形部分として構成されたような、第４ハウジング部分４８と、
−例えば第４ハウジング部分４８の直径よりも大きな直径を有した円筒形部分として構成されたような、第５ハウジング部分４９と、
を有している。

第３ハウジング部分４７の上面は、係止表面５１を形成している。係止表面５１は、ハウジング３０の長手方向軸線Ｂに対して直交した平面内に延在している。

第５ハウジング部分４９の下面は、上側支持表面５３を形成している。

第２ハウジング部分４６の下面は、下側支持表面５５を形成している。

上側支持表面５３および下側支持表面５５は、ハウジング３０の長手方向軸線Ｂに対して実質的に垂直であり、係止表面５１に対して平行である。

第１実施形態におけるクランプ３３が、図３および図４において、より詳細に図示されている。クランプ３３は、例えば円形横断面形状を有しさらに長手方向軸線Ａを有しているような、中空ボディ５８を有している。ボディ５８は、ハウジング３０の第２ハウジング部分４６および第３ハウジング部分４７内に受領される。ボディ５８の外径は、第２ハウジング部分４６の直径と比較して、より小さいかあるいは同じものとされている。ボディ５８は、剛直なものとされている。ボディ５８の内径は、下プラグ１３のシャンク１５の直径と比較して、より大きいものとされている。

この実施形態においては、着座位置からの、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３の下向き移動を防止し得るよう構成された支持手段は、複数の支持タブ６１を有している。各支持タブ６１は、自由端６２を有している。自由端６２は、ボディ５８の下エッジ６３から、ボディ５８の長手方向軸線Ａに向けて、内向きに延在している。複数の支持タブ６１は、クランプ３３の長手方向軸線Ａまわりにおいて互いに離間して環状に配置されている。

支持タブ６１は、曲がり形状を有しており、曲がり箇所６９を介して連結された第１部分６５および第２部分６７を有している。第１部分６５は、ボディ５８の下エッジ６３に対して取り付けられた上端７１を有している。第１部分６５は、下エッジ６３から下向きに延在しており、ボディ５８の外周面６６から内向きに延在している。第２部分６７は、曲がり箇所６９から上向きにかつ内向きに延在している。第２部分６７の端部は、自由端６２とされている。

この実施形態においては、各支持タブ６１は、一体部材として形成されている。支持タブ６１は、剛直なものとされている。特に、支持タブ６１は、ＰＬＦＲ１１の重量によって降伏しないものとされている。

自由端６２どうしは、互いに連携して、不連続な周縁を形成し、開口７５を断続的に規定する。ＰＬＦＲ１１の着座位置においては、開口７５を通して、ＰＬＦＲ１１の収束部分１８の先端を挿通させることができ、先端を自由端６２よりも下側へと突出させることができる。開口７５の直径は、収束部分１８の最小直径と最大直径との間の中間とされる。よって、自由端６２は、着座位置においては、ＰＬＦＲ１１の収束部分１８に対して当接する。自由端６２は、互いに連携して、着座位置においては、ＰＬＦＲ１１を長手方向において支持することができる。

開口７５の直径は、第１ハウジング部分４５の直径よりも小さなものとされている。自由端６２によって形成された開口７５は、ベース２の下面３９から長手方向において離間されている。これにより、下プラグ１３がハウジング３０の第１ハウジング部分４５を塞いでしまうことを、防止することができる。

クランプ３３は、例えば、４個の支持タブ６１を有することができる。４個の支持タブ６１は、例えば、クランプ３３の長手方向軸線Ａまわりにおいて等間隔環状に配置されている。

図２に示すように、曲がり箇所６９の下面７７は、ハウジング３０内に設けられた下側支持表面５５上に支持されている。よって、第１実施形態においては、第２組付手段は、曲がり箇所６９の下面７７と、下側支持表面５５と、を有している。

第１実施形態においては、クランプ３３は、さらに、複数の弾性組付タブ７８を有している。これら組付タブ７８は、クランプ３３の長手方向軸線Ａまわりにおいて互いに離間して環状に配置されている。組付タブ７８は、クランプ３３のボディ５８の上エッジ８１から上向きに延在している。着座位置においては、組付タブ７８は、ボディ５８の外周面６６から外向きに延在する。組付タブは、これら組付タブの外面８３に対して印加された力によって、少なくとも、外面８３がボディ５８の外周面６６に対して面一となるような位置に向けて、弾性変形可能とされている。

すべての組付タブ７８は、互いに同じものとすることができる。クランプ３３は、例えば、クランプ３３の長手方向軸線Ａまわりにおいて等間隔環状された４個の組付タブ７８を有することができる。

組付タブ７８の長さは、クランプ３３がハウジング３０内に受領されたときに、組付タブ７８が第３ハウジング部分４７内に全体的に収容されるようなものとされ、さらに、組付タブ７８の自由端８６が当接表面５１に対して長手方向において当接され得るようなものとされている。

よって、組付タブ７８および当接表面５１は、ベース２からの上向き移動を防止するようにしてクランプ３３を保持し得るよう構成された第１組付手段を形成する。

核燃料アセンブリ１の取付時には、クランプ３３が、ベース２の上面３６からハウジング３０内へと挿入される。ハウジング３０内へのクランプ３３の挿入時には、組付タブ７８は、第４ハウジング部分４８の内周壁８８によって印加された力によって、内向きに弾性変形する。自由端８６が第４ハウジング部分４８を通過するとすぐに、組付タブ７８は、着座構成に向けて弾性的に外向きに変形し、そして、第３ハウジング部分４７の内周壁９１に対して当接する。支持タブ６１の下面７７が、ハウジング３０内に設けられた下側支持表面５５上に支持されたときには、組付タブ７８の自由端８６は、係止表面５１の下側に位置し、これにより、上向き移動が防止されているようにしてクランプ３３が保持される。

クランプ３３は、さらに、弾性的な保持タブ９４を有している。保持タブ９４は、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３を長手方向において保持し得るよう構成されている。これにより、下プラグ１３がバー２７からすなわちベース２から係合解除してしまうことを防止する。クランプ３３は、例えば、４個の弾性的な保持タブを有することができる。弾性的な保持タブ９４は、クランプ３３の長手方向軸線Ａまわりにおいて互いに離間して配置されている。弾性タブ９４は、ボディ５８の上エッジ８１から上向きに延在している。図示の実施形態においては、保持タブ９４は、互いに同じものとされている。各保持タブ９４は、縮径部分９７を有している。図２の右側に示すように、保持タブ９４の縮径部分９７は、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３上に設けられたショルダ２０の上方において、クランプ３３の長手方向軸線Ａの方向において、内向きに延在している。複数の縮径部分９７は、互いに連携して、開口１００を規定する。ＰＬＦＲ１１が引っ張り位置とされたときには、縮径部分９７は、ショルダ２０に対して係合し得るよう構成されている。これにより、ＰＬＦＲ１１の上向き移動を防止することができ、よって、ベース２からのＰＬＦＲ１１の係合解除を防止することができる。

着座位置においては、開口１００の例えば実質的に円形とされた不連続的な周縁の直径は、ＰＬＦＲ１１の収束部分１８のうちの、収束部分１８とシャンク１５との間の接合部分における直径よりも、小さなものとされている。縮径部分９７の内表面１０２に対して印加された力によって、保持タブ９４は、着座位置から、弾性的に外向きに変形する。一実施形態においては、着座位置における開口１００の直径は、シャンク１５の直径よりも小さい。この特徴点は、下プラグ１３と保持タブ９４との間の摩擦を増大させ、これにより、クランプ３３によるクランプ力を増大させる。

保持タブ９４の弾性は、ＰＬＦＲ１１がクランプ３３内へと挿入される際にあるいはＰＬＦＲ１１をクランプ３３から取り外す際に、休止位置から外向きに保持タブ９４が径方向に弾性変形することを可能とし得るよう構成されている。なおかつ、保持タブ９４の弾性は、ＰＬＦＲ１１が印加する上向き力だけでは保持タブ９４の外向き変形を防止し得るよう構成されている。より詳細には、核燃料アセンブリ１の動作時に、縮径部分９７に対してショルダ２０が印加する上向き力だけでは保持タブ９４の外向き変形を防止し得るよう構成されている。

第１実施形態においては、各保持タブ９４は、さらに、縮径部分９７の上方に、外向きに延在する実質的な平坦部１０５を有している。核燃料アセンブリ１においては、実質的な平坦部１０５は、ハウジング３０内に設けられた上側支持表面５３がなす平面に対して実質的に平行な平面に沿って延在している。実質的な平坦部１０５は、クランプ３３内へのＰＬＦＲ１１の挿入時に、休止位置から外向きへの保持タブ９４の変形を容易とし得るよう構成されている。

第１実施形態においては、組付タブ７８と保持タブ９４とは、ボディ５８の上エッジ８１に沿って、互いに交互に配置されている。

この核燃料アセンブリ１においては、原子炉の動作時におけるＰＬＦＲ１１のリフトオフのリスクは、低減されている。なぜなら、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３が、下プラグ１３上のショルダ２０と弾性保持タブ９４との連携によって、長手方向においてベース２上に保持されているからである。

核燃料アセンブリ１は、低コストをもたらす。なぜなら、クランプ３３が、単純に製造できるからであり、クランプ３３を、相補的組付手段の単なる機械的係合によって単一操作でもってベース２に対して組み付けて固定し得るからである。

ハウジング３０が貫通穴を有していることにより、冷却材を、ベース２を通して、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３に沿って、流れさせることができる。この冷却材の流れは、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３を冷却するのに有効であり、また、通常のプラント動作時に起こるチョークリバー未確認物質堆積（Chalk River unidentified deposit，ＣＲＵＤ）を避けることができる。ＣＲＵＤは、ＰＬＦＲ１１の引き抜き時や挿入時に、クランプ３３の正常機能を妨害しかねない。

図５は、本発明の第２実施形態によるクランプ３３を示している。この第２実施形態は、ボディ５８の断面形状において、および、保持タブ９４の形状において、第１実施形態と相違している。

第２実施形態においては、ボディ５８は、多角形という断面形状を有しており、とりわけ、八角形という断面形状を有している。ボディ５８は、例えば、８個の矩形面１１０を有している。矩形面１１０は、ボディ５８の下エッジ６３から上エッジ８１までにわたって、クランプ３３の長手方向Ａに沿って延在している。各保持タブ９４および各組付タブ７８は、ボディ５８の上エッジ８１のうちの、ボディ５８の矩形面１１０に対応した部分から、上向きに延在している。この実施形態においては、ボディ５８の八角形断面が内接している円の直径は、第２ハウジング部分４６の直径と比較して、より小さいかあるいは同じとされている。

さらに、保持タブ９４は、平坦部１０５を有していない。

第２実施形態による核燃料アセンブリ１は、第１実施形態による核燃料アセンブリ１と比較して、製造がより容易である。なぜなら、平坦部１０５を有していないからである。

第１実施形態および第２実施形態においては、クランプ３３は、スリット１１２（図５）を有することができる。スリット１１２は、クランプ３３の挿入を容易とすることができる。第２実施形態におけるボディ５８の八角形断面を、スリット１１２と共に使用することにより、クランプ３３内に下プラグ１３を挿入した際に、ボディ５８を拡径させることができる。これにより、組付タブ７８を、ハウジング３０の周縁壁に対して、さらに押圧することができる。

図６に示す第３実施形態においては、各ハウジング３０は、ベース２内に設けられたより詳細には各バー２７内に設けられた凹所１３０を備えている。凹所１３０は、長手方向軸線Ｂを有しているとともに、それぞれ対応するＰＬＦＲ１１を受領し得るよう上向きに開口している。ハウジング３０は、閉塞した底部１３２と、周縁壁１３４と、頂部１３６と、によって形成されている。周縁壁１３４は、底部１３２から上向きに延在している。頂部１３６は、周縁壁１３４の上エッジ１３８から、ハウジング３０の長手方向軸線Ｂに向けて、内向きに延在している。頂部１３６は、開口１４１を有している。開口１４１は、周縁壁１３４によって形成された凹所１３０の断面よりも小さな横方向寸法を有しているとともに、下プラグ１３のシャンク１５および収束部分１８の横方向寸法よりも大きな横方向寸法を有している。頂部１３６の下面は、係止表面１４３を形成している。底面１３２は、例えば、実質的にディスク形状を有している。周縁壁１３４は、例えば、円形断面を有した円筒形状を有している。

クランプ３３は、それぞれ対応するハウジング３０内に受領される。クランプ３３は、ハウジング３０内に嵌め込まれる。クランプ３３は、ハウジング３０の長手方向軸線Ｂに対して実質的に対称とされている。クランプ３３は、実質的にフレキシブルなベース１４５と、このベースから上向きに延在した少なくとも２つの脚１４７と、を有している。脚は、クランプ３３の長手方向軸線Ａに対して対称な位置に配置されている。図示の実施形態においては、クランプ３３は、実質的にＵ字形状とされた２つの脚１４７を有している。

この実施形態においては、保持手段は、縮径部分１５０を有している。縮径部分１５０は、クランプ３３の上端部に設けられており、ＰＬＦＲ１１を長手方向において保持することができる。縮径部分１５０は、クランプ３３の脚１４７上において径方向に対向する位置に形成された実質的にＶ字形状の曲がり箇所１５５として形成されている。

縮径部分１５０は、ＰＬＦＲ１１が引っ張り位置とされたときには、下プラグ１３上に設けられたショルダ２０に対して係合し得るよう構成されている。これにより、ＰＬＦＲ１１がさらに上向きに移動することを防止することができ、よって、ベース２からのＰＬＦＲ１１の係合解除を防止することができる。

クランプ３３の自由端１５７は、係止表面１４３に対して係止される。自由端１５７は、縮径部分１５０から、ハウジング３０の頂部１３６に向けて上向きに、なおかつ、ハウジング３０の周縁壁１３４に向けて外向きに、延在している。よって、ベース２からの上向き移動を起こさないようにクランプ３３を保持するための第１組付手段は、クランプ３３の自由端１５７と、ハウジング３０の係止表面１４３と、を備えている。

クランプ３３のベース１４５は、ハウジング３０の底面１３２上に支持されている。よって、ベース１４５と底面１３２とは、ハウジング３０からの下向き移動を起こさないようにクランプ３３を保持するための第２組付手段を形成する。

ＰＬＦＲ１１は、着座位置と引っ張り位置との間にわたって、長手方向に沿って、移動可能とされている。ＰＬＦＲ１１の着座位置においては、とりわけ縮径部分１５０といったような、クランプ３３上の保持手段は、ＰＬＦＲ１１上のショルダ２０からは、長手方向において離間している。引っ張り位置においては、ＰＬＦＲ１１は、着座位置から長手方向軸線に沿って上向きに移動しており、保持手段が、ショルダ２０に対して係合している。原子炉の通常の動作時には、ＰＬＦＲ１１は、冷却材の流れの影響のために、引っ張り位置とされる。

クランプ３３は、例えば、一体部材から形成されたスプリングであり、とりわけ、シートスプリングである。クランプ３３の弾性保持力は、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３をハウジング３０内へと意図的に挿入し得るようにおよびＰＬＦＲ１１の下プラグ１３をハウジング３０から意図的に引き抜き得るように選択されているとともに、なおかつ、縮径部分１５０に対してショルダ２０が印加する上向き力だけによってはクランプ３３からＰＬＦＲ１１を係合解除させないように選択されている。

開示された第３実施形態においては、ハウジング３０は、実質的に円形形状を有している。しかしながら、他の形状を想定することもできる。この実施形態においては、ハウジング３０は、閉塞された底面１３２を有している。しかしながら、代替可能な実施形態においては、ハウジング３０は、底面１３２に開口を設けることによって、貫通穴を有することができる。

本発明の第３実施形態による核燃料アセンブリ１は、原子炉の動作時におけるＰＬＦＲのリフトオフというリスクを低減させる。なぜなら、複数のＰＬＦＲ１１の少なくともいくつかの下プラグ１３が、クランプ３３の縮径部分１５０と下プラグ１３のショルダ２０との連携によって、長手方向においてベース２上に保持されるからである。

核燃料アセンブリ１は、さらに、低コスト化をもたらす。なぜなら、クランプ３３を、ハウジング３０内への挿入という単純な態様によって、ベースに対して容易に組み付けて固定し得るからである。さらに、クランプ３３は、特に単純な構造を有しており、容易に製造することができる。

一実施形態（図示せず）においては、第２実施形態によるクランプ３３を、第３実施形態によるハウジング３０と組み合わせて使用することができる。このような態様においては、保持タブ９４と組付タブ７８とは、互いに同じ長さを有することができる。

図７に示す第４実施形態においては、各ハウジング３０は、それぞれ対応するバー２７内に設けられた段付き貫通穴１６０を備えている。段付き貫通穴１６０は、長手方向軸線Ｂを有している。ハウジング３０は、第１ハウジング部分１６２と、上向きに延在する第２ハウジング部分１６４と、を有している。第２ハウジング部分１６４は、例えば実質的に環状形状とされたような底面１６６と、上向きに延在する周縁壁１６８と、を有している。周縁壁１６８は、例えば、円形断面を有した実質的に円筒形状のものとされている。第１ハウジング部分１６２は、周縁壁１７０を有している。周縁壁１７０は、例えば、円形断面を有した実質的に円筒形状のものとされている。第１ハウジング部分１６２は、上向きと下向きとの双方において、開口している。横方向寸法は、例えば、第１ハウジング部分１６２の直径（内径）は、第２ハウジング部分１６４の直径（内径）よりも小さいものとされている。特に、第１ハウジング部分１６２の直径（内径）は、ＰＬＦＲ１１の収束部分１８の先端の直径とほぼ同じとされる。

この実施形態においては、第１ハウジング部分１６２は、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３に沿ってバー２７を通して冷却材を流れさせるための通路を提供する。

この実施形態における核燃料アセンブリ１においては、クランプ３３は、ハウジング３０の長手方向軸線Ｂに関して対称とされている。クランプ３３は、実質的にＵ字形状とされている。クランプ３３は、フラットなベース１７２を有した中央部分と、上向きに延在する２つの脚１７４と、自由端１７６と、を有している。クランプ３３の中央部分は、バー２７まわりに適合している。自由端１７６は、内向きに曲げられており、これにより、ハウジング３０内において縮径部分１７９を形成している。自由端１７６は、ハウジング３０内に受領されている。縮径部分１７９は、ＰＬＦＲ１１の環状ショルダ２０に対して係合することができる。これにより、長手方向においてベース２上にＰＬＦＲ１１を保持することができる。この実施形態においては、第１組付手段は、クランプ３３の中央部分と、バー２７の相補形状部分と、を備えている。相補形状部分は、バー２７とクランプ３３との間の緊密な係合をもたらしている。第２組付手段は、ハウジング３０内における自由端１７６の曲がり箇所を備えている。

クランプ３３は、例えば、一体部材から形成されたスプリングであり、とりわけ、シートスプリングである。クランプ３３の弾性保持力は、ＰＬＦＲ１１の下プラグ１３をハウジング３０内へと意図的に挿入し得るようにおよびＰＬＦＲ１１の下プラグ１３をハウジング３０から意図的に引き抜き得るように選択されているとともに、なおかつ、縮径部分１７９に対してショルダ２０が印加する上向き力だけによってはクランプ３３からＰＬＦＲ１１を係合解除させないように選択されている。

開示された第４実施形態においては、ハウジング３０は、実質的に円形形状を有している。しかしながら、他の形状を想定することもできる。

本発明の第４実施形態による核燃料アセンブリ１は、原子炉の動作時におけるＰＬＦＲのリフトオフというリスクを低減させる。なぜなら、複数のＰＬＦＲ１１の少なくともいくつかの下プラグ１３が、クランプ３３の縮径部分１７９と下プラグ１３のショルダ２０との連携によって、長手方向においてベース上に保持されるからである。

核燃料アセンブリ１は、さらに、低コスト化をもたらす。なぜなら、クランプ３３を、バー２７の周囲に配置してハウジング３０内へと自由端を係合させるという単純な態様によって、ベース２に対して容易に組み付けて固定し得るからである。

さらに、クランプ３３は、特に単純な構造を有しており、容易に製造することができる。

すべての実施形態においては、クランプ３３は、好ましくは、大きな降伏強度を有した材料から形成され、例えば、インコネル（登録商標）といったようなニッケルベースの超合金や、鉄ベースの超合金や、チタン合金や、航空宇宙材料仕様書（aerospace material specification、ＡＭＳ）５６２９、５６４３によって規定されたような析出硬化ステンレス鋼さえ、といったような材料から形成される。さらに、上記のすべての実施形態においては、クランプ３３は、一体部材として形成することができる。

本発明の第１〜第４実施形態による核燃料アセンブリ１は、ハウジング３０を通しての、ＰＬＦＲ１１の下端に沿っての、冷却材の流れを可能とする。このような冷却材の流れは、ＰＬＦＲ１１の下端を冷却するとともに、ハウジング３０の洗浄も行う。これにより、とりわけ、ＣＲＵＤを防止することができる。ＣＲＵＤは、ＢＷＲのＰＬＦＲの下端のところに集積しやすいものである。第３実施形態に関して図示したように、この特徴点は、必須ではない。

上述したすべての実施形態においては、ベース２とＰＬＦＲ１１との間の関係は、ベース２のうちの、デブリフィルタ以外の他の部分において実施することができる。

また、クランプ３３によって、複数のＰＬＦＲ１１のうちのいくつかのものだけを保持することができ、残りのＰＬＦＲ１１は、他の公知の保持手段によって保持されても良い。

１ 核燃料アセンブリ
２ ベース
３ ヘッド
４ 束
９ 全長さの燃料棒
１１ 部分長さの燃料棒
１３ 下プラグ
１８ 収束部分、下プラグの一部
２０ ショルダ
３０ ハウジング
３３ クランプ
３６ 上面
３９ 下面
５１ 係止表面
５５ 下側支持表面
５８ ボディ
６１ 支持タブ
６２ 自由端
６３ 下エッジ
７５ 開口
７８ 弾性組付タブ
８１ 上エッジ
８６ 自由端
９４ 弾性保持タブ
１３２ 底面
１４３ 係止表面
１４５ 中央ベース
１５０ 縮径部分
１５７ 上側自由端

Claims (13)

1. 沸騰水型原子炉のための核燃料アセンブリ（１）であって、
   ベース（２）と、
   ヘッド（３）と、
   全長さの燃料棒（９）および部分長さの燃料棒（１１）からなる束（４）と、
   を具備し、
   前記束（４）が、前記ベース（２）から前記ヘッド（３）に向けて上向きにかつ長手方向に延在しており、
   前記核燃料アセンブリ（１）が、さらに、前記部分長さの燃料棒（１１）の下プラグ（１３）を長手方向において前記ベース（２）に対して保持するための少なくとも１つのクランプ（３３）を具備し、
   このような核燃料アセンブリにおいて、
   前記クランプ（３３）が、前記ベース（２）に対して取り付けられる部材とされ、
   前記クランプ（３３）が、相補的組付手段の機械的係合によって、前記ベース（２）に対して組み付けられ、
   前記クランプ（３３）が、前記ベース（２）内に設けられたハウジング（３０）内に嵌め込まれることを特徴とする核燃料アセンブリ。
2. 請求項１記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記相補的組付手段が、第１組付手段と、第２組付手段と、を備え、
   前記第１組付手段が、前記ベース（２）からの前記クランプ（３３）の上向き移動を阻止するようにして前記クランプ（３３）を保持し得るよう構成され、
   前記第２組付手段が、前記ベース（２）からの前記クランプ（３３）の下向き移動を阻止するようにして前記クランプ（３３）を保持し得るよう構成されていることを特徴とする核燃料アセンブリ。
3. 請求項１または２記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記ハウジング（３０）が、前記ベース（２）の上面（３６）から前記ベース（２）の下面（３９）までにわたって延在する貫通穴とされていることを特徴とする核燃料アセンブリ。
4. 請求項３記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記クランプ（３３）が、前記ハウジング（３０）を通しての、前記部分長さの燃料棒（１１）の下端に沿っての、冷却材の流れを可能とすることを特徴とする核燃料アセンブリ。
5. 請求項３または４記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記クランプ（３３）が、支持手段を備え、
   この支持手段が、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）の一部（１８）に対して当接し得るよう構成され、これにより、この支持手段が、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）を、前記ベース（２）の前記下面（３９）から離間したところに保持することができることを特徴とする核燃料アセンブリ。
6. 請求項５記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記支持手段が、前記クランプ（３３）の長手方向軸線（Ａ）まわりにおいて互いに離間して配置された複数の支持タブ（６１）を有し、
   各支持タブ（６１）が、自由端（６２）を有し、
   前記自由端（６２）が、前記クランプ（３３）の前記長手方向軸線（Ａ）に向けて内向きに延在し、
   前記支持タブ（６１）の前記自由端（６２）が、互いに連携して、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）の前記一部を受領するための開口（７５）を形成していることを特徴とする核燃料アセンブリ。
7. 請求項２記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記支持手段が、前記クランプ（３３）の長手方向軸線（Ａ）まわりにおいて互いに離間して配置された複数の支持タブ（６１）を有し、各支持タブ（６１）が、自由端（６２）を有し、前記自由端（６２）が、前記クランプ（３３）の前記長手方向軸線（Ａ）に向けて内向きに延在し、前記支持タブ（６１）の前記自由端（６２）が、互いに連携して、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）の前記一部を受領するための開口（７５）を形成している場合に、
   前記第２組付手段が、前記ハウジング（３０）の下側支持表面（５５）と、前記支持タブ（６１）と、を備え、この場合、前記支持タブ（６１）が、前記下側支持表面（５５）上において長手方向に支持されることを特徴とする核燃料アセンブリ。
8. 請求項２記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記第１組付手段が、前記ハウジング（３０）の係止表面（５１）と、前記クランプ（３３）の弾性組付タブ（７８）と、を備え、
   前記弾性組付タブ（７８）が、上向きに延在する自由端（８６）を有し、
   前記係止表面（５１）が、前記弾性組付タブ（７８）の前記自由端（８６）に対して係合し得るよう構成されていることを特徴とする核燃料アセンブリ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の核燃料アセンブリ（１）において、
   前記クランプ（３３）が、複数の弾性保持タブ（９４）を備え、
   前記複数の弾性保持タブ（９４）が、前記クランプ（３３）の長手方向軸線（Ａ）まわりにおいて互いに離間して配置されるとともに、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）上に設けられたショルダ（２０）に対して係合し得るよう構成され、これにより、前記ベース（２）からの前記部分長さの燃料棒（１１）の係合解除を防止していることを特徴とする核燃料アセンブリ。
10. 請求項６記載の核燃料アセンブリ（１）において、
    前記第１組付手段が、前記ハウジング（３０）の係止表面（５１）と、前記クランプ（３３）の弾性組付タブ（７８）と、を備え、前記弾性組付タブ（７８）が、上向きに延在する自由端（８６）を有し、前記係止表面（５１）が、前記弾性組付タブ（７８）の前記自由端（８６）に対して係合し得るよう構成され、
    前記クランプ（３３）が、複数の弾性保持タブ（９４）を備え、前記複数の弾性保持タブ（９４）が、前記クランプ（３３）の長手方向軸線（Ａ）まわりにおいて互いに離間して配置されるとともに、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）上に設けられたショルダ（２０）に対して係合し得るよう構成され、これにより、前記ベース（２）からの前記部分長さの燃料棒（１１）の係合解除を防止している場合に、
    前記クランプ（３３）が、ボディ（５８）を備え、
    前記支持タブ（６１）が、前記ボディ（５８）の下エッジ（６３）から内向きに延在し、
    前記保持タブ（９４）および前記組付タブ（７８）が、前記ボディ（５８）の上エッジ（８１）から上向きに延在していることを特徴とする核燃料アセンブリ。
11. 請求項１０記載の核燃料アセンブリ（１）において、
    前記支持手段が、前記部分長さの燃料棒（１１）がさらに下向きに移動することを阻止している着座位置においては、
    前記クランプ（３３）が、前記支持タブ（６１）と前記保持タブ（９４）とによって、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）に対して接触し、
    前記クランプ（３３）の内表面と、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）の周縁表面のうちの、前記支持タブ（６１）と前記保持タブ（９４）との間に位置した部分と、の間には、径方向のクリアランスが存在していることを特徴とする核燃料アセンブリ。
12. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の核燃料アセンブリ（１）において、
    前記相補的組付手段が、前記クランプ（３３）の実質的にフラットな中央ベース（１４５）と、前記ハウジング（３０）の底面（１３２）であるとともに前記中央ベース（１４５）を支持している底面（１３２）と、前記ハウジング（３０）の係止表面（１４３）と、を備え、
    前記係止表面（１４３）が、前記クランプ（３３）の上側自由端（１５７）に対して係合し得るよう構成されていることを特徴とする核燃料アセンブリ。
13. 請求項１２記載の核燃料アセンブリ（１）において、
    前記クランプ（３３）が、縮径部分（１５０）を備え、
    前記縮径部分（１５０）が、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）に対して弾性的に係合し、
    前記縮径部分（１５０）が、前記部分長さの燃料棒（１１）の前記下プラグ（１３）上に設けられたショルダ（２０）に対して連携し得るよう構成されていることを特徴とする核燃料アセンブリ。

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